Informe final* del Proyecto B138 Niveles y patrones de variación genética del género Abies en México
Responsable: Dr. Luis E Eguiarte Fruns Institución: Universidad Nacional Autónoma de México
Instituto de Ecología Departamento de Ecología Evolutiva Laboratorio de Evolución Molecular y Experimental
Dirección: Av Universidad # 3000, Ciudad Universitaria, Coyoacán, México, DF, 04510 , México
Correo electrónico: [email protected] Teléfono/Fax: Tel: 5622 9006 Fax: 5616 1976, 5622 8995 Fecha de inicio: Noviembre 30, 1994 . Fecha de término: Abril 30, 1997 Principales resultados:
Base de datos, Informe final
Forma de citar** el informe final y otros resultados:
Eguiarte Fruns, L. E. y G. R. Furnier. 1997. Niveles y patrones de variación genética del género Abies en México. Universidad Nacional Autónoma de México. Instituto de Ecología. Informe final SNIB-CONABIO proyecto No. B138. México, D.F.
Resumen: Actualmente se reconoce entre 40 y 60 especies de Abies (Pinaceae), misma que sólo se encuentra en el hemisferio norte. Para México se considera que existen alrededor de ocho especies de Abies, siendo seis de estas endémicas. El objetivo principal del presente proyecto fue el de ser una primera aproximación al estudio de la evolución en todas las especies de Abies mexicanos, utilizando métodos de electrofóresis de isoenzimas. Para alcanzar este objetivo llevamos a cabo estudios de genética de poblaciones, incluyendo análisis de los niveles de variación genética entre y dentro poblaciones (o se a la descripción de la estructura genética de las especies) y un análisis de las relaciones filogenéticas entre las especies. Colectamos Abies en 55 sitios en México, Guatemala y Estados Unidos, que presentan todas las especies descritas para México, analizando cuando menos 20 individuos adultos por sitio (aunque tratamos de colectar 40 individuos). En general se observa que los niveles de variación son bajos, de cerca de un tercio de lo que generalmente se encuentra en coníferas y plantas de vida larga. Para las poblaciones del norte de México (que incluyen a A. concolor, A durangensis, A. durangensis var. coahuilensis y A. hickeli y A. guatemalensis), el poliformismo promedio fue un poco más bajo 27.18%, lo mismo que la He=0.094. Para todas las poblaciones encontramos excesos de homócigos, que sugiere altos niveles de endogamia (por autopolinización y/o cruza entre parientes). La diferenciación entre poblaciones es muy alta, de cerca de un orden de magnitud mayor de lo que se encuentra entre otras coníferas y plantas de vida alegre. Los niveles de diferenciación genética y los análisis fenéticos basados en datos isoenzimáticos no reflejan finamente la taxonomía aceptada del grupo, aunque algunos grupos de poblaciones tienen sentido basados en la taxonomía actual o en la geografía. Una prioridad debe de ser la de revaluar sistemáticamente de todo el grupo de los Abies de México. Por otra parte, la diferenciación genética entre las poblaciones indica que se deben de tratar de conservar a la mayor parte de la poblaciones de los Abies mexicanos, ya que son muy diferentes entre sí. ___________________________________________________________________________________________
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Furnier y Eguiarte Abies de México 1
NIVELES Y PATRONES DE VARIACION GENÉTICA EN EL GÉNERO ABIES EN
MÉXICO
INFORME FINAL, segunda versión
25 de febrero de 1997
CONABIO, Número de Referencia B138
Area de Conocimiento: Ecológico y Genético
Responsables: Glenn R. Furnier y Luis E. Eguiarte Fruns
Colaboradores: Erika Aguirre Planter y Andrés Keiman Freire.
Instituto de Ecología, UNAM
Apartado Postal 70-275, México 04510, D.F.
teléfono 6 22 90 06
fax 6 22 89 95 y 6 16 19 76
correo electrónico: [email protected], [email protected]
Furnier y Eguiarte Abies de México 2
INTRODUCCION Y ANTECEDENTES
Indudablemente el territorio ocupado actualmente por México tiene una gran
biodiversidad, si se le compara con otros países (ver por ejemplo, Ramamoorthy et al.,
1993). Si bien esta biodiversidad está ampliamente documentada, en términos
generales sólo se han propuesto especulaciones sobre sus causas. Usualmente se
considera que, cuando menos en parte, esta biodiversidad es consecuencia de la gran
diversidad en fisiografía y clima que presenta México. Implicitamente se considera que
esta variación ambiental podría causar diferenciación genética de las poblaciones, por
adaptación a diferentes ambientes y a flujo génico limitado entre las poblaciones. Esta
diferenciación genética sería el primer paso dentro de los procesos de especiación,
mismos que eventualmente generarían la gran diversidad de especies que
encontramos en el territorio nacional.
Sin embargo, a pesar de esta gran biodiversidad, existen muy pocos estudios
sobre los patrones de variación genética o sobre filogenia de especies de plantas
mexicanas (Eguiarte, 1990; Cordero, mans.). Estos estudios son muy importantes, ya
que los programas de conservación de la biodiversidad cuentan con recursos limitados
y tienen que decidir cómo deben emplear estos recursos. Por lo tanto, información
sobre los niveles y patrones de variación genética y sobre la filogenia son una
herramienta indispensable para entender las causas de la biodiversidad en México y
para proponer el desarrollo de planes de conservación adecuados (Eguiarte, 1990;
Ellstrand y Elam, 1993; Hamrick et al., 1991; Karron, 1991). El análisis de isoenzimas
ha sido un método muy usado para examinar la estructura genética y la filogenia en
plantas (Eguiarte,1990; Hamrick et al., 1991; Karron, 1991; Nuñez-Farfán et al., 1996).
Estos marcadores pueden revelar la diferenciación entre poblaciones (debida a la
deriva genética y/o a flujo genético limitado), y tienen la ventaja de ser rápidos y de
costo relativamente bajo, permitiendo el análisis de varios genes, y gran cantidad de
individuos y poblaciones de manera simultánea (Eguiarte, 1990). Adicionalmente,
tienen la ventaja de que se puede aplicar en su análisis la teoría clásica de la genética
de poblaciones sin mayores modificaciones (Eguiarte, 1990).
El género Abies
El género Abies pertenece a la familia Pinaceae y fue establecido por Miller en el
año de 1754 con A. alba como especie tipo (Schroeder, 1989a). Los árboles del género
Abies son comúnmente conocidos en México como oyameles, abetos o pinabetes. La
Furnier y Eguiarte Abies de México 3
taxonomía de género ha sido problemática, ya que la morfología es muy poco variable
entre las supuestas especies, y existen datos de hibridación entre especies
consideradas como muy distintas (Liu, 1971; St. Clair y Critchfield, 1988). Actualmente
se reconocen aproximadamente entre 40 y 60 especies de Abies , y sólo se encuentran
en el hemisferio norte (Liu, 1971; Farjon y Rushforth, 1989; McVaugh, 1992). La
mayoría de estas especies se encuentran en latitudes y/o altitudes elevadas (Farjon y
Rushforth ,1989). En la mayoría de los casos las poblaciones de abetos están
asociadas a otras especies de Coníferas como son Picea, Tsuga, Pseudotsuga, Larix,
Juniperus y Pinus. Las principales características de las especies de Abies son
(Martínez, 1948; Liu, 1971): son árboles monoicos (esto es con, inflorescencias
masculinas y femeninas separadas dentro de un mismo individuo), corpulentos,
perennifolios, resinosos, de copa cónica, simétrica y aguda. Son plantas diploides cuyo
número cromosómico es de 2n = 24. El tronco es erguido y simple, llega a medir de 30
a 40 metros de altura (pero se han registrado individuos de mayor longitud), con un
ancho de 40 a 150 cm de diámetro. En general las ramas comienzan a poca altura y
pueden ser horizontales o algo levantadas.
Abies de México
En México, los bosques de Abies se desarrollan a grandes altitudes que oscilan
entre los 1,700 y 3,500 metros sobre el nivel del mar. Por esta razón es que su
distribución en las sierras es dispersa y localizada, provocando un aislamiento
geográfico entre las poblaciones. Muchas de estas poblaciones de Abies tienen gran
importancia ecológica y económica, proveyendo madera, leña, árboles de ornato en las
fiestas navideñas, protección de cuencas hidrográficas, hábitat para la vida silvestre y
lugares de recreo. Por ejemplo, las mariposas monarcas pasan los inviernos en
México en hibernación en bosques de A. religiosa. en los estados de México y
Michoacán. También es considerado un hábitat importante para las poblaciones de
venado cola blanca en los estados del Norte de la República (Hoth, 1995; Snook, 1995;
Anderson y Brower, 1996).
Generalmente en México se considera que existen ocho especies de Abies,
siendo seis de estas endémicas (Martínez 1948; Rzedowski 1978).
Según Martínez (1948) y Donahue et al. (1985), las especies de Abies
mexicanos y sus rangos de distribución son:
1) A. concolor (Baja California Norte y Sonora, pero principalmente en los EUA).
2) A. durangensis (Chihuahua, Coahuila y Durango).
Furnier y Eguiarte Abies de México 4
3) A. guatemalensis (Chiapas, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, Oaxaca, Puebla y San Luis
Potosí; también en El Salvador, Guatemala y Honduras).
4) A. hickeli (Chiapas, Oaxaca y Veracruz).
5)A. mexicana (Coahuila y Nuevo León).
6) A. oaxacana (Guerrero y Oaxaca)
7) A. religiosa (Distrito Federal, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, México, Michoacán,
Morelos, Puebla, Tlaxcala y Veracruz)
8)A. vejari (Coahuila, Nuevo León y Tamaulipas).
Adicionalmente, Martínez (1948) señala como taxa subespecíficos a:
1)A. durangensis var. coahuilensis.
2)A. guatemalensis var. tacanensis.
3)A. guatemalensis var. jaliscana.
4) A. religiosa var. emarginata.
5)A. vejari var. macrocarpa.
Recientemente, Rushforth (1989) ha propuesto dos nuevas especies en el oeste
del país. Una de estas especies, A. flinckii, corresponde tanto a A. guatemalensis var.
jaliscana , como a A. religiosa var. emarginata de Martínez (1948). La otra especie, A.
colimensis, corresponde a A. religiosa del Nevado de Colima, debido a que Rushforth
(1989) considera que ésta es diferente a las otras poblaciones de A. religiosa.
Debreczy et al. (1994) propusieron otras dos nuevas especies, una en Oaxaca y la otra
en Durango.
Los bosques mexicanos de Abies se encuentran bajo una gran y creciente
presión debido a su uso como madera y leña (Donahue et al. 1985). La especie
mexicana de Abies más amenazada es A. guatemalensis, que además es la especie de
Abies que se encuentra más al sur en el mundo (Donahue et al. 1985; Dvorak y
Donahue 1992). Existen poblaciones de A. guatemalensis desde Jalisco y San Luis
Potosí hasta El Salvador, pero el tamaño de estas poblaciones sigue reduciéndose.
Abies guatemalensis se encuentra en las listas de especies en peligro de extinción
(Donahue et al. 1985). También hay otras especies con rangos de distribución muy
pequeños (A. hickeli , A. mexicana , A. oaxacana , A. vejari). En el Valle de México la
contaminación es otra amenaza a los bosques de A. religiosa (Alvarado et al. 1993).
A partir de estudios paleobotánicos se ha podido determinar que el origen de los
Abies en Norteamérica ocurrió al principio o antes de la mitad del Eoceno en el período
Terciario, aproximadamente hace 50 millones de años (Liu, 1971). Se ha propuesto que
más recientemente, en los periodos glaciares, poblaciones de Abies invadieron las
zonas bajas de los actuales desiertos del Norte de México (Critchfield, 1984). Sin
Furnier y Eguiarte Abies de México 5
embargo, no existe un acuerdo sobre cómo y cuando se dió la separación y
constitución de las poblaciones actuales de Abies. Este fenómeno se debe
principalmente a que es difícil encontrar plantas fósiles bien conservadas para este
grupo en México. A pesar de este inconveniente, algunos investigadores creen que el
aislamiento entre las poblaciones podría haberse efectuado de forma relativamente
reciente, por lo que sería otra causa explicativa del porqué es difícil diferenciarlos
morfológicamente de una manera clara (Furnier, obs. pers.).
La presencia de Sierras separadas por tierras bajas más calientes en México
causa aislamiento entre las diferentes poblaciones de Abies , y puede producir
diferenciación genética. Si existe elevada diferenciación genética entre las poblaciones,
para preservar la diversidad genética en estas especies tendríamos que considerar un
gran número de áreas de conservación (Eguiarte 1990). Por otra parte, el flujo
genético, ya sea por movimiento de polen y/o semillas, puede disminuir esta
diferenciación, causando que las poblaciones sean más parecidas. Si éste es el caso,
tendríamos que mantener menos áreas para la conservación genética (Eguiarte 1990;
Eguiarte et al., 1992). Dado que los recursos para la conservación son limitados, nos
interesa conservar primero las poblaciones que sean más diferentes. Claramente, este
objetivo requiere de conocer el nivel de diferenciación entre las poblaciones. Por otra
parte, si los niveles de variación genética dentro de cada población son bajos, es
suficiente mantener o colectar unos cuantos individuos por población, ya que en ellos
tendremos representada casi toda la variación genética, mientras que si los niveles de
variación genética intrapoblacional son altos, se necesita tener tamaños de población o
de colecta más grandes para tener representados a la mayor parte de los alelos,
especialmente a los más raros (Eguiarte 1990; Eguiarte et al., 1992). Por lo tanto, para
diseñar las estrategias optimas para la conservación genética de los árboles de México
se necesita conocer tanto los niveles como los patrones de variación genética.
Los Abies mexicanos son un grupo lo suficientemente pequeño para que
podamos hacer una investigación de genética de poblaciones de todo el grupo. De esta
manera, los Abies de México nos ofrecen una oportunidad para estudiar la historia
evolutiva y biogeográfica de un grupo amenazado de importancia ecológica y
económica. En particular, podemos medir los niveles de variación genética dentro de
las poblaciones y evaluar los niveles de diferenciación genética entre las poblaciones
dentro de las especies, entre los taxa subespecíficos y en relación a las nuevas
especies recientemente propuestas.
Furnier y Eguiarte Abies de México 6
Antecedentes de genética de poblaciones en Abies y otras coníferas
En los estudios realizados con diferentes grupos de coníferas, incluyendo Abies,
se ha encontrado que son de los grupos de especies más variables genéticamente
(Hamrick et al., 1992; Fady y Conkle, 1993; Matusova, 1995; El-Kassaby y Ritland,
1996). Sin embargo, las coníferas también se han caracterizado por tener bajos niveles
de diferenciación interpoblacional (Mitton, 1983; Eguiarte, 1990). Por ejemplo, para
árboles en general, Hamrick y Godt (1989) reportan un polimorfismo de 67.7 % y una
heterocigosis promedio de 0.207 (promedios de 20 especies de árboles, principalmente
coníferas). Para 121 gimnospermas, Hamrick et al. (1992) señalan un promedio de
1.83 alelos por locus. En la Tabla 1 se mencionan algunos valores de variación
genética para especies del genero Abies.
Tabla 1.- Valores de variación genética estimados en otros estudios para especies del
género Abies. H es la heterocigosis esperada en Hardy-Weinberg, y P es la
proporción de loci polimórficos.
Especie N.Loci
H. P Referencia
Abies alba 9 0.50 94% Kormutak et al., 1982
Abies balsamea 14 --- 57% Neale y Adams, 1981 Abies balsamea/ A. fraseri y pobl.intemerdias
20 0.13 55% Jacobs et al., 1984
A. bracteata 30 0.52 23% Ledig, 1986 A. cephalonica 0.175
a 0.290
52.9% a 87.5%
Fady y Conkle, 1993
A. alba 0.136 --- Matusova, 1995 Promedio 0.30 57.3%
Por otra parte, en las coníferas se ha encontrado que la mayor parte de la
variación genética de una especie (generalmente por lo menos el 90%) se encuentra
en cada una de las poblaciones que forman a la especies (Mitton, 1983; Hamrick y
Godt, 1989; Eguiarte, 1990).
Los niveles de heterocigosis y la baja diferenciación interpoblacional han sido
atribuídos al sistema reproductivo que tienen las coníferas, que producen semillas
predominantemente por entrecruzamiento (Mitton, 1983; Eguiarte, 1990). Las tasas de
Furnier y Eguiarte Abies de México 7
polinización cruzada (o de entrecruzamiento, outcrossing rates, t) encontradas en
coníferas son cercanas a 1, indicando que la mayor parte de las semillas son producto
de una fecundación cruzada (en contraste con semillas producto de autopolinización,
Eguiarte, 1990). Para especies del género Pinus se han encontrado tasas de
polinización cruzada que van desde 0.84 a 0.98, para Pseudotsuga de 0.90 a 0.93
(Schroeder, 1989b) y para Abies alba se encontró una tasa de entrecruzamiento
promedio de 0.89 (Schroeder, 1989b).
OBJETIVOS
En este informe presentamos los resultados más importantes obtenidos en el
proyecto "Niveles y patrones de variación genética en el género Abies en México",
desde enero de 1995 a la fecha. El objetivo principal del presente proyecto era el de ser
una primera aproximación al estudio de la evolución en todas las especies de Abies
mexicanos, utilizando métodos de electroforésis de isoenzimas. Para alcanzar este
objetivo, llevamos a cabo análisis clásicos de genética de poblaciones, incluyendo
análisis de los niveles de variación genética entre y dentro poblaciones (o sea un
análisis de la estructura genética de las especies) y un análisis de las relaciones
filogenéticas entre las especies.
Furnier y Eguiarte Abies de México 8
MATERIALES Y METODOS
Localidades muestreadas
Colectamos Abies en 55 sitios en México, Guatemala y Estados Unidos, que
representan todas las especies descritas para México (Tabla 2 y 3). De cada localidad
colectamos material de cuando menos 20 individuos adultos, aunque generalmente
tratamos de colectar material de 40 individuos, ya que este número nos permite estimar
las frecuencias alélicas con una precisión de 0.0125 (Baverstock y Moritz, 1990; Weir,
1990). Sólo se colectaron menos individuos cuando fue imposible llegar a 40, dadas las
características de cada población. De cada individuo se cortó una rama de 20
centímetros de largo y se guardó en bolsas de plástico "ziploc". Las hojas no estuvieron
más de una semana en el campo, ésto con el fin de que no se echaran a perder las
muestras. En algunos casos con las mismas bolsas de plástico introducimos hielo para
conservar una temperatura baja.
Tabla 2.- Total de poblaciones colectadas de especies pertenecientes al género Abies.
Especie Poblaciones
A. concolor 5
A. durangensis 5
A. durangensis var. coahuilensis 3
A. vejari 5
A. hickeli 9
A. guatemalensis 9
A. guatemalensis var. tacanensis 1
A. religiosa 11
A. religiosa var. emarginata 6
A. lasiocarpa var. arizonica 1
Total 55
Furnier y Eguiarte Abies de México 9
Para cada sitio muestreado se registró sus coordenadas y su altitud con un
geoposicionador (Ensign GPS, Trimble Navigation), datos que fueron confirmados con
las cartas de INEGI. En la Tabla 2 se muestran los totales de poblaciones colectadas.
Los datos de ubicación geográfica y especies se encuentran en las bases de datos
GEOGRA, CURATO y TAXONO y en la Tabla 3. Abies concolor fue propuesto en
nuestro proyecto original como grupo externo para los análisis filogenéticos, pero
análisis preliminares sugirieron que no era muy distinto de las otras especies del norte
del país. Por eso colectamos más sitios de A. concolor para incluir una muestra mejor e
incluimos una población de A. lasiocarpa var. arizonica como un nuevo grupo externo.
Tabla 3.- Localidades colectadas. Los números de sitio corresponden a los números
utilizados en el resto del reporte, por ejemplo, H1 en el resto del texto y tablas se
refiere a A. hickeli, sitio 1.
Estado Sitio Coordenadas Altitud, en msnm
Especie
Oaxaca 1.LlanoGrande/PuertaYabazia
17o 10'N96o 22'O
2000 Abieshickeli
Oaxaca 2.San Juan Atepec
17o 30'N96o 30'O
2800 Abiesguatemalensis
Oaxaca 3.Ixtalánde Juárez
17o 22'N 96o 26' O
2904 Abieshickeli
Oaxaca 4.ElPortillo
17o 27'N96o 24'O
2530 Abieshickeli (= A. zapoteca)
Oaxaca 5.ElTlacuache
16o 44'N97o 07'O
2600 Abieshickeli
Oaxaca 6.SanMiguelAloapan
15o 28'N96o 44'O
2500 Abieshickeli
Oaxaca 7.Miahutlan 16o 11´N96o 18'O
2500 Abiesguatemalensis
Oaxaca 8.SanJerónimoCoatlán
16o 14'N97o 00'O
2200 Abieshickeli
Oaxaca 9.Tlaxiaco 17o 03'N97o 45'O
3000 Abieshickeli
Furnier y Eguiarte Abies de México 10
Chiapas 10.VolcánTacaná
15o 07'N98o 07'O
3330 Abiesguatemalensis, var. tacanensis
Chiapas 11.ElPorvenir
15o 27'N92o 16'O
2620 Abiesguatemalensis
Chiapas 12.Coapilla 17o 09'N93o 07'O
2000 Abiesguatemalensis
Edo. de México
13.EstaciónMicroondasLa Cañada
19o 6'N2100o 12'O
2800 Abiesreligiosa
Michoacán 14.ElCaracol
19o 6'N3100o 46'O
2300 Abiesreligiosavar.emarginata
Michoacán 15.San José de la Cumbre
19o 0'N4100o 49'O
2800 Abiesreligiosa
Michoacán 16.LosSauces
19o 8'N1101o 17'O
2150m Abiesreligiosavar.emarginata
Michoacán 17.DosAguas
18o 6'N4102o 57'O
2500 Abiesreligiosavar.emarginata
Jalisco 18.LaCumbre de Guadalupe
20o 2'N1104o 43'O
2160m Abiesreligiosavar.emarginata
Jalisco 19.Cuale 20o 1'N2104o 59'O
2370 Abiesreligiosavar.emarginata
Jalisco 20.ElTerreno I
19o 7´N2103o 56'O
2500 Abiesreligiosavar.emarginata
Jalisco 21.ElTerreno II
19o 8'N2103o 57'O
2500 Abiesreligiosa
Colima 22.Nevadode Colima
19o 5'N3103o 35'O
3270m Abiesreligiosa(A.colimensis)
Bajacalifornia
23.SanPedroMartir
30° 00'N 115° 00'O
3069 Abiesconcolor
Furnier y Eguiarte Abies de México 11
Coahuila 24.Sierrala Madera
27° 06'N 102° 30'O
2280 Abiesdurangensiscoahuilensis
Coahuila 25.Rincónde María
28° 27 'N 102° 02'O
1560 Abiesdurangensiscoahuilensis
Coahuila 26.Sierrala Madera El Carmen
28° 52'N 102° 35'O
2430 Abiesdurangensiscoahuilensis
Coahuila 27.Jame 25° 19'N 100° 33'O
2850 Abiesvejarii
Coahuila 28.Mesa de las Tablas
25° 12'N 100° 23'O
2880 Abiesvejarii
Coahuila 29.LosLirios
25° 26'N 100° 32'O
2700 Abiesvejarii
Nuevo León 30.CerroPotosí
24° 55'N 100° 12'O
2100 Abiesvejarii
Chihuahua 31.PinosAltos
28° 15'N 108° 18'O
2190 Abiesdurangensis
Chihuahua 32.PinosAltos
28° 15'N 108° 18'O
2400 Abiesdurangensis
Chihuahua 33.Río Las Garrochas
29° 18'N 108° 12'O
2610 Abiesdurangensis
Chihuahua 34.Creel 27° 42'N 107° 37'O
2430 Abiesdurangensis
Chihuahua 35.CerrolasIglesias
26° 16'N 106° 36'O
3030 Abiesdurangensis
Arizona 36.MountGraham
32° 38'N 109 °50'O
2970 Abiesconcolor
Arizona 37.MountLemmon
32° 27'N 110° 47'O
2970 Abiesconcolor
Arizona 38.MountLemmon
32° 27'N 110° 47'O
2910 Abieslasiocarpavar.arizonica
Durango 39.ParajeSan Antonio
23° 41'N 105° 25
2500 Abiesdurangensis
Durango 40.LosBancos
23° 40'N 105° 44
2970 Abiesdurangensis
GuatemalaEl Progreso
41.Cerro elPinalón
15° 04' N 89° 55' O
2970 Abiesguatemalensis
GuatemalaJalapa
42.SoledadGrande
14° 31' N 90° 08' O
2610 Abiesguatemalensis
GuatemalaTotonicapán
43.RanchoTejas
14° 52' N 91° 17' O
2730 Abiesguatemalensis
Guerrero 44.Carrizal del Bravo
17° 35’ N 99° 51’ O
2670 Abiesguatemalensis
Furnier y Eguiarte Abies de México 12
Puebla 45.Volcán Atlitzin
18° 58’ N 97° 21’ O
3060 Abiesreligiosa
Veracruz 46.Xometla 18° 58' N 97° 12' O
2910 Abies hickeli
Veracruz 47.Llano Actopan(Cofre dePerote)
19° 31' N 97° 06' O
3090 Abies hickeli
Veracruz 48.El Conejo (Cofre dePerote)
19° 31’ N 97° 09’ O
3510 Abiesreligiosa
Tlaxcala 49.Tlaxco 19° 41’ N 98° 05’ O
2760 Abiesreligiosa
Nuevo León 50.Zaragoza 25° 53’ N 99° 48’ O
2610 Abies vejarii
San Luis Potosí
51.SierraEl Pino
22° 27’ N 99° 27’ O
1770 Abiesguatemalensis
Hidalgo 52.Agua Blanca
20° 21’ N 98° 20’ O
2310 Abiesguatemalensis
Hidalgo 53.El Chico 20° 09’ N 98° 42’O
2940 Abiesreligiosa
México 54.Volcán Popocatepetl
19° 05’ N 98° 40’ O
3330 Abiesreligiosa
Michoacán 55.Tancítaro 19° 23’ N 102° 19’ O
3030 Abiesreligiosa
Nuestras observaciones de campo y en el herbario Nacional (MEXU) sugieren
que A. hickeli y A. oaxacana son indistinguibles entre sí, opinión compartida por la
mayor parte de los especialistas contemporáneos (ver Liu, 1971, págs. 255 a 257), y el
nombre aceptado es A. hickeli. Por esta razón tenemos un gran número de poblaciones
colectadas de A. hickeli y ninguna de A. oaxacana. Por otra parte, A. religiosa var.
emarginata y A. guatemalensis var. jaliscana tampoco parecen ser fáciles de separar en
algunos casos, ni en el campo ni en el herbario. Adicionalmente, Abies durangensis y A.
durangensis var. coahuilensis no presentan diferencias morfológicas claramente
visibles. Por todo lo anterior, en nuestras tablas desaparecen estos taxa sinónimos, y
por lo mismo se pueden detectar estas diferencias en relación a los taxa en nuestros
análisis con respecto propuestas en el proyecto original y en la introducción.
Furnier y Eguiarte Abies de México 13
Métodos isoenzimáticos
El tejido colectado se refrigeró hasta la separación en el laboratorio de las yemas
de crecimiento de las ramas, que posteriormente fueron mantenidas a -20° C hasta su
preparación.
Utilizamos análisis de isoenzimas estándar (electroforésis horizontal en geles de
almidón) para examinar los patrones de variación genética (Soltis et al., 1983; Eguiarte,
1990; Conkle, 1982; Cheliak y Pitel, 1984; Hillis y Mortiz, 1990).
Las yemas foliares fueron previamente molidas en un buffer de extracción. Una
parte crucial es utilizar un buffer de extracción óptimo para las isoenzimas que se van a
analizar. Después de varias pruebas, decidimos utilizar el siguiente: tres partes de
buffer YO y una parte de buffer VegII. Buffer YO, para 100 ml: mezclar 10 ml de
solución Tris-ácido cítrico (1.57 g trizma base, 0.83 g ácido cítrico), llevar 100 ml con
agua destilada, ajustar pH a 7.0), 0.05 g NADP, 0.05 g NAD, 0.018 g ácido ascórbico,
0.034 g de EDTA, 0.10 g de albumina serosa de bovino, 0.33 ml de 2-mercaptoetanol
llevar a 100 ml con agua. Buffer VegII: 0.31 g ácido bórico, 2 ml de Tergitol 15-S-9, 2 g
de PEG 8000, 7 g de PVP 40, 1 g de PVP 360, 0.88 g de ácido ascórbico, 0.02 g NAD,
0.1 g de albúmina serosa de bovino, 0.005 g de piridoxal 5'-fosfato, 0.27 g de sacarosa,
0.19 g de cisteina-HCl, 0.66 ml, 2-mercaptoetanol, llevarlo a 100 ml con agua y ajustar
el pH a 7.1 con NaOH.
Se emplearon dos sistemas de buffers y se analizó un total de 11 enzimas,
obteniéndose la resolución de 16 loci, en geles con una concentración del 10% de almidón
(Sigma). Los sistemas que se corrieron son los siguientes: el sistema H (Cheliak y Pitel,
1984), con las enzimas ácido fosfatasa (ACPH), fosfoglucomutasa (PGM), isocitrato
deshidrogenasa (IDH), menadiona reductasa (MNR) y shikimato deshidrogenasa (SDH, dos
loci), y el sistema R (Ridgeway et al., 1970; Weber, 1980) con las enzimas fosfoglucosa
isomerasa (PGI, dos loci), glutamato deshidrogenasa (GDH), leucina aminopeptidasa (LAP),
peroxidasa anódica (APX, dos loci), peptidasa (PEP, tres loci) y rubisco (RUB). Los
diferentes loci fueron numerados secuencialmente para cada enzima, asignando el número
mas bájo para el que migrara con mayor velocidad. Los alelos para cada locus también
fueron definidos de manera similar.
Las tinciones se realizaron, con modificaciones, siguiendo las recetas de Soltis et
al. (1983), Conkle et al. (1982), Cheliak y Pitel (1984) y Eguiarte (1990).
Análisis estadístico
Furnier y Eguiarte Abies de México 14
Variación genética. Los análisis básicos se realizaron fundamentalmente utilizando el
programa BIOSYS-1 (Swofford y Selander, 1989).
Para medir el nivel de variación genética dentro las especies y las poblaciones
usamos medidas estándares de variación genética, como el número promedio de alelos
por loci (A) :
A = a / l
donde a es el número de alelos en una población y l es el número de loci en la misma
(Hedrick, 1983; mínimo =1, máximo = al tamaño de muestra x 2). Otra medida
empleada fue la proporción de loci polimórficos (P) , la cual se calculó a partir del
número x de loci polimórficos en una muestra de m loci, en porcentajes (Hedrick, 1983):
P = (x / m) * 100
Un locus fue clasificado como polimórfico si tuvo más de un alelo (mínimo 0, máxima
100% si todos los loci son polimórficos).
La heterocigosidad esperada según el equilibrio de Hardy-Weinberg , He , es una
de las mejores medidas de variación genética (Eguiarte 1990):
He = 1 - pi2
donde pi son las frecuencias alélicas para dicho locus. También se obtuvo la
heterocigosis promedio para cada población con las heterocigosis esperadas para todos
los loci estudiados (Hedrick, 1983; mínimo = 0, si no hay variación genética, máximo =
1, cuando todos los genes son polimórficos y con un número muy grande de alelos en
frecuencias alélicas iguales).
Indice de fijación y estimación de la t en equilibrio. Dentro de cada población, para
investigar si hubo una desviación de las frecuencias genotípicas esperadas por el
equilibrio de Hardy-Weinberg, se estimaron los índice de fijación F (Wright, 1969):
F = 1 - Ho / He
donde Ho es la proporción de heterócigos observados directamente en la población y
He es la proporción de heterócigos esperados según Hardy-Weinberg. Si el valor de
este índice es cercano a cero, consideramos que la población se encuentra cercana al
equilibrio de Hardy-Weinberg (básicamente, que los proporciones de genotipos que se
encuentran corresponden a lo que se esperaría si los apareamientos fueran al azar,
entre otras condiciones, ver Eguiarte, 1986). Si la F es positiva, indica que la población
presenta deficiencia de heterócigos (usualmente debido a apareamiento entre
parientes, o sea a endogamia) y si es negativo un exceso de heterócigos (usualmente
debido a selección a favor de los heterócigos, ver Eguiarte, 1990).
Furnier y Eguiarte Abies de México 15
La tasa de polinización cruzada, t (o tasa de entrecruzamiento, outcrossing rate),
es uno de los parámetros más importantes que determinan la estructura genética de las
poblaciones (Eguiarte 1990). Este parámetro toma valores entre 0, si todas las semillas
de una población son resultado de autopolinización, a 1, si todas son resultado
exclusivamente de polinización cruzada. Existen varios métodos para estimar la t, pero,
si toda la endogamia de una población se debe a la autopolinización, y ya se llegó al
equilibrio, se puede estimar la t de la expresión teq= 1-F /1+F (Haldane, 1924, ver
también Eguiarte, 1990).
Estadísticos F de Wright. Los niveles de diferenciación entre y dentro de las
poblaciones se evaluaron con los estadísticos F de Wright (Weir, 1990). Los
estadísticos F dan una medida de la desviación de las frecuencias genotípicas con
respecto a las esperadas según el equilibrio de Hardy-Weinberg a varios niveles y por lo
tanto son una medida del nivel de endogamia y diferenciación genética dentro y entre
poblaciones (Eguiarte 1990; Weir 1990). Usualmente se consideran tres estadísticos F:
Fst, Fit y Fis , los cuales consideran que la variación genética se puede estimar a
diferentes niveles, ya sea a nivel de la variación total de las poblaciones (t), de las
subdivisiones (s, subpoblaciones o poblaciones) y de las poblaciones individuales (i).
Fst es una medida que nos indica la diferenciación genética entre las poblaciones
y siempre da un valor positivo. Podemos calcularlo de la siguiente manera:
Fst = Ht - Hs / Ht
donde Hs es el promedio de la heterocigosis esperada de cada una de las poblaciones
y Ht heterocigosis esperada del total de poblaciones (Hedrick, 1983). Una Fst de 0 indica
que todas las poblaciones analizadas tiene las mismas frecuencias alélicas para todos
los loci. Entre más grande sea la Fst, indica mayor diferenciación entre las poblaciones,
para llegar a 1, cuando todas las poblaciones tienen frecuencias alélicas diferentes para
cada loci. Otra forma de interpretar este estimador es, del total de variación genética,
cuánta se encuentra dentro y entre cada población. Si es de 0, quiere decir que en cada
población se encuentra el 100 % de la variación genética (y por lo tanto el componente
entre poblaciones es de 0%), mientras que si Fst=1, indica que el 0% de la variación se
encuentra dentro de cada población, o sea que dentro de cada población no hay
variación genética y en cada una se encuentran alelos completamente diferentes, y por
lo tanto el 100% de la variación se encuentra entre las poblaciones. Cuando se calcula
la Fst para loci con más de dos alelos, Nei (1987) sugiere denominarlo Gst, ya que en las
definciones originales de Wright esto no se encontraba definido.
Furnier y Eguiarte Abies de México 16
Fis y Fit son medidas de la desviación de las frecuencias genotípicas observadas
de las esperadas con equilibrio de Hardy-Weinberg dentro de las poblaciones y en el
total de todas éstas, respectivamente. Al igual que en los índices de fijación F, los
valores positivos indican una deficiencia de heterócigos y los negativos un exceso.
Estas medidas se pueden obtener:
Fis = Hs - Ho / Hs
Fit = Ht - Ho / Ht
donde Ho es el promedio de la heterocigosis observada de cada locus dentro de las
poblaciones, Ht es el promedio de la heterocigosis esperada de todos los loci de todas
las poblaciones y Hs es el promedio de la heterocigosis esperada de todos los loci
dentro de cada una de las poblaciones en estudio (Hedrick, 1983). Estos dos índices
toman valores entre -1 a +1, y se interpretan igual que los índices de fijación. De hecho,
la Fis es un promedio ponderado de los índices de fijación.
Estos tres valores, están relacionados entre sí (Hedrick, 1983):
Fis = Fit - Fis / 1 - Fis
Distancia genética y fenogramas. También obtuvimos las distancias genéticas de Nei
para posteriormente estimar relaciones filogenéticas entre todas las poblaciones (Weir,
1990). La distancia genética de Nei (1978) es: D = -ln(Jxy / (JxJx)1/2
)
donde Jxy es la probabilidad de escoger un par de alelos idénticos, uno de la población
x y otro de la y, y Jx y Jy son las probabilidades de escoger un par idéntico dentro de
cada población estudiada (Hartl y Clark, 1989). La distancia genética puede tener un
valor de cero, si las frecuencias alélicas de las poblaciones son idénticas hasta infinito si
las poblaciones no tienen ningún alelo en común (Hedrick, 1983).
A partir de las distancias D se construyeron fenogramas usando el algoritmo
UPGMA (Sokal y Michener, 1958).
Estimaciones de flujo génico. Por otra parte, el estadístico Fst permite estimar
indirectamente el flujo génico (utilizando la expresión derivada por Wright (1951):
Fst
1
4Nm 1, donde N es el
tamaño de la población, m es la fracción de inmigrantes a N. A partir de Fst se puede
estimar indirectamente el flujo génico entre las subpoblaciones que integran la
población como (Wright 1951):
.
Furnier y Eguiarte Abies de México 17
Valores de Nm <<1 producen un fuerte diferenciación entre las subpoblaciones (i.e.,
deriva génica actuando independientemente en cada subpoblación; Slatkin, 1994),
mientras que si Nm > 1, las subpoblaciones se comportan como una sola población
panmíctica y el flujo génico restringe el efecto de la deriva génica (Hartl y Clark, 1989;
Slatkin, 1994).
No existe forma de estimar m indirectamente de manera independiente (Eguiarte
et al. ,1993; Slatkin, 1994), por lo que la aproximación es estimar Nm a partir de Fst. Los
estimadores promedio de Nm requieren, para ser confiables, ser insensibles a la acción
de otras fuerzas evolutivas como la mutación y la selección natural. Crow y Aoki (1984)
demostraron que Gst (el estimador de Fst para loci multialélicos) no depende ni de la
tasa de mutación, ni del número de alelos. La expresión de Gst incluye sin embargo un
factor que toma en cuenta el número de subpoblaciones en la población:
,Gst
1
4 Nm 1
donden
n 1
2
, siendo n el número de subpoblaciones.
A partir de la Nm, Slatkin y Barton (1989) señalan que se puede aproximar un
valor de tamaño efectivo (Ne) si las poblaciones siguen un patrón de migración del tipo
stepping stone, donde Neb=Nmx2x (ver también Eguiarte, 1993).
Slatkin (1985) desarrolló otros métodos para estimar el flujo génico
indirectamente. Uno de ellos conocido como el de los alelos “privados” (private alleles),
que son aquellos que se encuentran exclusivamente en una población. La estimación de Nm requiere conocer la frecuencia promedio de los alelos privados, p(1) , y Slatkin
(1985) encontró que existe una relación entre la frecuencia de los alelos privados y Nm:ln p(1) ( 0.505)(ln Nm) 2.44 (ver Del Valle (1996) y Nuñez et al. (1996), para
ejemplos de su uso).
Furnier y Eguiarte Abies de México 18
RESULTADOS
Hasta el momento hemos analizado la variación isoenzimática en 48 de las
poblaciones, incluyendo todas las poblaciones del norte del país y poblaciones de cada
especie del sur del país. En el proyecto inicial especificamos que planeábamos realizar
el análisis de 48 poblaciones. Debido a la devaluación, no tuvimos suficiente
presupuesto para analizar todas las poblaciones colectadas. En este informe
reportamos los resultados de estas 48 poblaciones. Con dinero de otros presupuestos
esperamos acabar con los análisis de todas las 55 poblaciones en 1997. Le
mandaremos a la CONABIO las bases de datos GENOTIPO y FRECALEL de todas las
poblaciones cuando las tengamos, si la CONABIO así lo desea. De cualquier forma,
consideramos que las 48 poblaciones analizadas actualmente nos dan una muy buena
idea de los niveles y patrones de variación isoenzimática en los Abies mexicanos.
Decidimos realizar análisis separados de las poblaciones del Norte y Sur del
país, basados en su aislamiento geográfico y resultados preliminares. Por otra parte,
algunas isoenzimas y alelos sólo las pudimos resolver en el Norte o el Sur.
Niveles de variación genética
Los niveles de variación genética, por población y los promedios por taxa se
muestran en la Tabla 4. En general se observa que los niveles de variación son muy
bajos para todas las poblaciones.
Furnier y Eguiarte Abies de México 19
Tabla 4. -Variación genética en las poblaciones de Abies de México. Valores obtenidos a partir 16 loci (en paréntesis están los errores estándar). Las poblaciones corresponden a las indicadas en la Tabla 2 (por ejemplo, C23 es las población número 23 de la Tabla 2, que es A.concolor).
A. Abies del Norte de México _______________________________________________________________________________ Heterocigosis promedio No. promedio Porcentaje ___________________ de alelos de loci observados esperados Población N por locus polimórficos* HdyWbg** _____________________________________________________________________________ 1. C23 41.3 1.3 25.0 .051 .075 ( .3) ( .1) ( .024) ( .035)
2. DC24 37.3 1.3 25.0 .036 .079 ( .5) ( .1) ( .017) ( .039)
3. DC25 19.2 1.1 12.5 .024 .043 ( 3.9) ( .1) ( .017) ( .030)
4. DC26 27.8 1.3 18.8 .072 .060 ( 3.2) ( .1) ( .040) ( .034)
5. V27 34.3 1.3 18.8 .064 .071 ( 4.0) ( .1) ( .037) ( .040)
6. V28 33.7 1.3 25.0 .040 .082 ( 3.9) ( .1) ( .020) ( .041)
7. V29 31.9 1.3 31.3 .039 .079 ( 3.7) ( .1) ( .021) ( .042)
8. V30 33.5 1.3 25.0 .113 .109 ( 3.9) ( .1) ( .052) ( .050)
9. D31 38.8 1.3 25.0 .054 .084 ( .2) ( .1) ( .027) ( .042)
10. C32 38.8 1.2 18.8 .026 .043 ( .1) ( .1) ( .018) ( .028)
11. C33 40.0 1.4 37.5 .078 .127 ( .0) ( .2) ( .036) ( .050)
12. D34 25.6 1.2 18.8 .054 .050 ( 4.7) ( .1) ( .030) ( .028)
13. D35 35.3 1.3 18.8 .041 .080 ( 3.2) ( .1) ( .022) ( .043)
14. C36 39.7 1.4 37.5 .079 .111 ( .2) ( .1) ( .037) ( .042)
15. C37 36.8 1.4 31.3 .076 .125 ( .3) ( .2) ( .033) ( .049)
16. L38 36.4 1.1 12.5 .013 .033 ( 2.3) ( .1) ( .011) ( .026)
Furnier y Eguiarte Abies de México 20
17. D39 39.8 1.3 31.3 .056 .105 ( .3) ( .1) ( .025) ( .044)
18. D40 20.6 1.4 37.5 .057 .146 ( .2) ( .1) ( .021) ( .051)
19. V50 35.8 1.3 31.3 .078 .101 ( 2.3) ( .1) ( .041) ( .046) _____________________________________________________________________________ Promedio norte 1.33 0.299 .063 .099 _____________________________________________________________________________
B. Abies del Sur de México _______________________________________________________________________________ Heterocigosis promedio No. promedio Porcentaje ___________________ de alelos de loci observados esperados Población N por locus polimórficos* HdyWbg** _______________________________________________________________________________ 1. H1 30.8 1.6 31.3 .041 .090 ( 1.3) ( .2) ( .017) ( .034)
2. G2 30.8 1.3 25.0 .047 .060 ( 3.6) ( .1) ( .022) ( .027)
3. H3 31.4 1.4 18.8 .055 .087 ( 1.7) ( .2) ( .023) ( .039) 4. G7 25.4 1.3 18.8 .033 .044 ( 1.9) ( .1) ( .016) ( .023)
5. G10 28.8 1.4 25.0 .051 .072 ( .4) ( .1) ( .028) ( .032)
6. G11 36.1 1.4 18.8 .072 .070 ( 1.5) ( .2) ( .036) ( .033)
7. R12 31.1 1.8 43.8 .121 .155 ( 2.0) ( .2) ( .039) ( .048)
8. R13 29.1 1.4 31.3 .070 .087 ( 2.9) ( .2) ( .031) ( .039)
9. RE14 26.6 1.7 25.0 .055 .089 ( 3.0) ( .2) ( .024) ( .035)
10. R15 35.9 1.4 31.3 .051 .080 ( 3.1) ( .1) ( .031) ( .036)
11. RE16 24.4 1.6 37.5 .184 .158 ( 1.8) ( .2) ( .059) ( .049)
12. RE17 13.8 1.2 12.5 .028 .051 ( 2.0) ( .1) ( .020) ( .037)
13. RE18 41.3 1.8 43.8 .124 .133 ( .7) ( .2) ( .041) ( .044)
14. GJ19 34.6 1.8 37.5 .119 .130 ( 1.6) ( .2) ( .048) ( .044)
Furnier y Eguiarte Abies de México 21
15. RE20 29.9 1.4 31.3 .097 .109 ( 2.0) ( .2) ( .041) ( .047)
16. R21 36.3 1.1 0.0 .009 .008 ( 1.7) ( .1) ( .006) ( .006)
17. R22 28.8 1.1 12.5 .037 .035 ( 4.0) ( .1) ( .027) ( .026)
18. G41 35.8 1.3 18.8 .043 .058 ( .6) ( .1) ( .020) ( .027)
19. G42 20.5 1.3 12.5 .046 .058 ( .3) ( .1) ( .027) ( .036)
20. G43 25.7 1.3 12.5 .047 .063 ( 1.4) ( .1) ( .025) ( .036)
21. G44 32.8 1.4 18.8 .044 .079 ( 3.1) ( .1) ( .024) ( .041)
22. R45 36.5 1.8 37.5 .105 .128 ( .7) ( .2) ( .038) ( .041)
23. R48 37.9 1.6 37.5 .116 .118 ( .7) ( .2) ( .037) ( .039)
24. R49 34.7 1.6 25.0 .099 .116 ( 1.3) ( .2) ( .044) ( .050)
25. G51 27.6 1.4 25.0 .075 .090 ( 2.1) ( .2) ( .038) ( .043)
26. G52 33.3 1.7 25.0 .070 .094 ( 1.7) ( .2) ( .031) ( .036)
27. R53 38.1 1.4 25.0 .065 .088 ( .9) ( .2) ( .032) ( .042)
28. R54 26.6 2.2 68.8 .132 .235 ( 2.2) ( .2) ( .033) ( .048)
29. R55 25.6 1.6 37.5 .099 .139 ( 2.0) ( .1) ( .047) ( .049) _____________________________________________________________________________ Promedio Sur 1.46 27.18 .074 .094 _______________________________________________________________________________
* Un locus es considerado polimórfico si la frecuencia del alelo más común no excede0.95
** Estimador insesgado (Nei, 1987)
Proporción de loci polimórficos, P.
Furnier y Eguiarte Abies de México 22
Para todas las poblaciones, los niveles de variación genética (Tabla 4) son menores
a los valores promedio encontrados en coníferas (Introducción y Tabla 1). En el Norte de
México (Tabla 4. A), el promedio de P fue de 29.9%. Recordemos que la P va de 0 a 100%,
donde 0 indica que no existe variación genética, y 100% es el máximo posible. A. concolor
fue el taxón más rico en variación genética según la P, ya que su valor promedio fue de
35%, mientras que A. durangensis tuvo una P = 26. 3%, y A. durangensis var. coahuilensis
P = 31.2%. A. vejari fue las más pobre en variación genética, con una P = 23.8%.
Mientras que en el Sur (Tabla 4. B) el polimorfismo promedio fue un poco más bajo,
27.18%, siendo los más altos para A. religiosa (31.84%), y para A. religiosa var.
emarginata (30.02%) , y los más bajos fueron para A. hickeli (25%), y para A.
guatemalensis (21.61%).
Recordemos que la P promedio en coníferas es de 67.7 %, y en Abies en promedio
tenemos reportada una P = 57.3% (ver Tabla 1). Así, podemos señalar que en las especies
deAbies de México, menos de 1/3 de los genes analizados son polimórficos, mientras que
estudios similares en el resto del mundo indican alrededor de 2/3 de genes polimórficos. En
otras palabras, los Abies de México, según este estimador, presentan la mitad de la
variación genética que poblaciones de coníferas similares en otras partes del mundo.
Furnier y Eguiarte Abies de México 23
Heterocigosis promedio esperada y observada
La heterocigosis esperada, He, (según Hardy-Weinberg) es usualmente
considerada como la mejor medida de variación genética, ya que no sólo toma en
cuenta que un gene sea o no polimórfico, sino que considera la magnitud del
polimorfismo (Hedrick, 1983). La comparación de las heterocigosis esperada He y
observada Ho nos dice qué tan lejos se encuentran del equilibrio de Hardy-Weinberg,
como veremos más adelante. Los índices H van de 0, si no hay variación genética, a un
máximo teórico de 1. Para el Norte de México (Tabla 4.A), el promedio de la
heterocigosis esperada (He) para todas las poblaciones fue de 0.099, mientras que el
promedio de las heterocigosis observadas (Ho) para todas las poblaciones fue de 0.063.
Como la H esperada es mayor que la observada, las poblaciones presentan cierto
grado de exceso de homócigos, posiblemente provocado por endogamia.
Para las poblaciones del Sur de México (Tabla 4.A) las heterocigosis promedio
observada y esperada para todo el grupo de poblaciones fue de 0.074 y 0.094
respectivamente, indicando nuevamente un exceso de homócigos. Las Ho y He fueron
para A. hickeli de 0.048 y 0.088, respectivamente; para A.guatemalensis de 0.059 y
0.074; para A. religiosa de 0.082 y 0.108 y para A. religiosa var. emarginata de 0.098 y
0.108.
Estos niveles de variación genética son muy bajos. Para las coníferas, señalábamos
en la introducción un valor promedio de H e de 0.207 y para el género Abies de 0.30.
Nuestros valores son entre la mitad y un tercio más bajos que los promedios.
Furnier y Eguiarte Abies de México 24
Promedio del número de alelos por locus
En el Norte (Tabla 4.A), el promedio del número de alelos por locus (A) en todas
las poblaciones fue de 1.33, y fue casi igual en todas las especies (1.35 en A. concolor,
1.32 en A. durangensis, 1.33 en A. durangensis var. coahuilensis y 1.28 en A. vejari).
En el Sur (Tabla 4.B) el promedio es 1.46, siendo para A.hickeli de 1.5, para A.
guatemalensis de 1.43, para A. religiosa de 0.15 y para A. religiosa variedad emarginata
1.45.
Para gimnospermas, se ha calculado un valor promedio de 1.83 alelos por locus
(Hamrick et al. 1992), indicando otra vez que tanto en las poblaciones del Norte como
las del Sur tenemos bajos niveles de variación genética.
Indices de fijación
Para el Norte de México, el promedio de los índices de fijación F por especies
fue de 0.347 (Tabla 5.A), lo que indica un fuerte exceso de individuos homóciogos por
población, como ya había sugerido la comparación entre las heterocigosis observadas y
esperadas. Del total de índices de fijación F por locus, setenta fueron positivos y 16
negativos (datos no mostrados). De los F positivos, 54 fueron significativamente
diferentes de cero y de los F negativos, ninguno fue significativamente diferente de
cero. Por especie encontramos que A. concolor tiene 25 estimaciones de F positivos y
tres negativos, en A. durangensis existen 21 estimaciones de F positivos y tres
negativos, en A. durangensis var. coahuilensis las poblaciones presentaron seis
estimaciones negativas y nueve positivos, y finalmente en A. vejari encontramos quince
positivos y cuatro negativos. Dado el número de pruebas (86) y un de 0.05,
esperaríamos un error de tipo I en el 5% de las pruebas (4). El hecho que 54 de las
pruebas tienen p < 0.05, quiere decir que la mayoría de los loci polimórficos están fuera
del equilibrio de Hardy-Weinberg.
En el Sur los patrones son similares y la F promedio fue de 0.156 (Tabla 5.B). Si
bien el promedio no es tan alto como para el Norte, otra vez la mayoría de los índices
de fijación F fueron positivos, indicando menos heterócigos de los esperados por Hardy-
Weinberg; ésto sugiere que hay endogamia en la mayoría de las poblaciones (ver más
adelante), aunque en 4 el promedio fue negativo, señalando exceso de heterócigos.
Tabla 5.- Coeficientes de Endogamia (F) y tasa de polinización cruzada (t) en el equilibrio (= 1-F/1+F, ver Eguiarte, 1990) del las poblaciones de Abies en México. .
Furnier y Eguiarte Abies de México 25
A. Norte Población F t en el
equilibrioC23 0.358 0.47DC24 0.406 0.42DC25 0.222 0.54DC26 -0.163 1.39V27 0.114 0.79V28 0.405 0.42V29 0.518 0.32V30 -0.084 1.18D31 0.409 0.42C32 0.601 0.25C33 0.444 0.39D34 0.1 0.82D35 0.495 0.34C36 0.475 0.36C37 0.39 0.44C39 0.511 0.32D40 0.626 0.26V50 0.418 0.41PromedioNorte(DS)
0.347(0.211) 0.53(0.27)
Furnier y Eguiarte Abies de México 26
B. Sur Población F t en el
equilibrioH1 0.394 0.43
G2 0.124 0.77H3 0.179 0.70G7 0.138 0.76G10 0.25 0.6G11 0.107 0.81R12 0.132 0.77R13 0.104 0.81RE14 0.284 0.56R15 0.331 0.50RE16 -0.120 1.27RE17 0.275 0.57RE18 0.129 0.77GJ19 0.165 0.72RE20 0.027 0.95R21 -0.035 1.07R22 -0.083 1.18G41 0.173 0.70G42 0.083 0.85G43 0.079 0.85G44 0.160 0.72R45 0.136 0.76R48 -0.032 1.01R49 0.184 0.69G51 0.209 0.65G52 0.330 0.50R53 0.143 0.75R54 0.398 0.43R55 0.282 0.56Promedio Sur (DS)
0.156(0.13) 0.75(0.20)
Tasa de polinización cruzada t.
La tasa de polinización cruzada en el equilibrio, estimada a partir de la F
promedio por población, se muestra en la Tabla 5. Este indica va de 0, si todas las
semillas de una población son resultado de autopolinización, a 1, si son resultado de
polinización cruzada (aunque puede ser mayor de 1 si en la población existe exceso de
heterócigos, ver Eguiarte, 1990). El valor promedio en el Norte (Tabla 5.A) fue de 0.533,
un valor relativamente bajo para especies de árboles (Eguiarte 1990).
Furnier y Eguiarte Abies de México 27
Para el Sur (Tabla 5. B), el valor promedio de la t es más alto, de 0.75, pero aún
muy bajo para especies de árboles. Los arboles usualmente tienen t cercanas a 1,
especialmente las coníferas. De cualquier forma, existe mucha variación en la t entre
problaciones, ya que hay poblaciones con t tan bajas como 0.25 (C32 en el Norte),
mientras que varias tienen t's superiores a 1, dado que presentan exceso de
heterócigos.
Es importante señalar que estas estimaciones de t tan bajas podrían se resultado
no sólo de autopolinizaciones, sino también de cruzas entre parientes, tal vez debido a
reducciones en el pasado en el tamaño poblacional (Eguiarte, 1990).
Estadísticos F de Wright
En la Tabla 6 mostramos los estadísticos F de Wright para cada loci polimórfico,
separando las poblaciones del Norte (7.A) de las del Sur (7.B) de México.
En el Norte de México, el promedio de la Fst (0.205) indica una diferenciación
bastante alta entre las poblaciones (Tabla 6.A). Una análisis de partición de la varianza
genética, realizado con el programa Byosis (Swofford y Selander, 1989), indica que el
20.5% de la variación total es debido a diferencias entre todas las poblaciones: toda la
variación, se debe a diferencias entre poblaciones dentro de especies y no hay
diferenciación entre las especies. La Fst toma valores entre 0, si son idénticas las
poblaciones, hasta 1 si son totalmente diferentes. En 25 especies de árboles, Eguiarte
(1990) encontró una Fst promedio de 0.07, por lo que podemos decir que el valor
encontrado de diferenciación entre las poblaciones es muy alto. Se podría pensar que
este valor alto se podría deber a que estamos comparando diferentes especies, pero
como vimos en la partición de la varianza con el método de Swofford y Selander (1989)
el componente debido a las especies es despreciable.
En el Sur, la situación es similar, y la Fst promedio fue 0.288 de indicando que el
29% de la variación isoenzimática se debe a diferencias entre las poblaciones. El
análisis de partición de la varianza de Swofford y Selander (1989) muestra que de este
29%, sólo el 4% se debe a diferencias entre especies y lo demás a diferencias entre
poblaciones dentro de las especies.
La diferenciación genética estimada a partir de la Fst se debe a deriva génica
elevada o limitado flujo génico (Eguiarte, 1990), como veremos más adelante.
Furnier y Eguiarte Abies de México 28
Tabla 6.- Estadísticos F de Wright para los loci polimórficos de las poblaciones de Abies de México.
A. Norte: 18 poblaciones
Locus F(IS) F(IT) F(ST)
ACP 0.322 0.471 0.219 APX-1 0.284 0.420 0.190 APX-2 0.241 0.349 0.143 IDH-1 0.643 0.661 0.05 LAP-1 0.133 0.791 0.759 LAP-2 0.365 0.429 0.101 PGI-1 0.657 0.721 0.185 PGI-2 0.718 0.757 0.140 PGM-2 0.767 0.831 0.274 PEP-1 0.628 0.695 0.180 PEP-2 0.497 0.668 0.339 PEP-3 0.767 0.831 0.274 MNR 0.628 0.734 0.284 DSH-1 0.303 0.402 0.142 ____________________________________________ Promedio 0.360 0.491 0.205 ____________________________________________
B. Sur: 29 poblaciones
Locus F(IS) F(IT) F(ST)
SDH-1 0.163 0.414 0.300 SDH-2 0.203 0.640 0.548 IDH-2 -0.057 0.048 0.100 PGM-1 0.141 0.382 0.281 PGM-2 0.004 0.180 0.177 GOT-1 0.426 0.598 0.299 LAP-1 0.274 0.362 0.121 GDH-1 0.847 0.860 0.087 PEP-1 0.652 0.666 0.041 PEP-2 -0.014 -0.000 0.013 PEP-3 -0.026 -0.001 0.025 PGI-1 0.179 0.312 0.162 PGI-2 0.339 0.717 0.572 APX-3 0.012 0.192 0.182 _____________________________________________Promedio 0.199 0.430 0.288 ____________________________________________
Furnier y Eguiarte Abies de México 29
Analicemos con más cuidado los índices de fijación. En el Norte de México, los
promedios de Fis y Fit fueron 0.360 y 0.491, respectivamente (Tabla 6.A). En el Sur de
México (Tabla 6.B), los promedios de Fis y Fit fueron 0.199 y 0.430. Fis resume los datos
de los índices de fijación, e indica que tanto en el Norte como en el Sur de México
tenemos exceso de homócigos a nivel poblacional. Esto seguramente se debe a altos
niveles de endogamia. Por otra parte, la Fit se puede interpretar como el total de la
diferenciación, debida tanto a deriva /flujo génico (Fst) como a endogamia (Fis). Los
valores de Fit son muy altos, ya que en una comparación para 12 árboles, Eguiarte
(1990) reporta un valor promedio de Fit sólo 0.04.
Los estadísticos F de Wright también pueden ser reportados por especies, como
lo hacemos para las especies del Sur de México en las Tablas 7. Este análisis no se
realizó para el Norte, ya que la partición de la varianza sugería que el componente
específico era mínimo.
En términos generales los patrones se repiten: altos valores de Fis y Fst que dan
en consecuencia altos valores de Fit. Sin embargo, es interesante que el mayor valor de
Fis se encuentra en las dos poblaciones analizadas de A. hickelii (Tabla 7.B), mientras
que los más bajos corresponden a A. religiosa var. emarginata. (Tabla 7.B). En
contraste, las dos poblaciones de A. hickelii presentan valores muy bajos de Fst,
mientras que todas los otros taxa presentan valores similares, de entre 0.20 a 0.28.
Tabla 7.- Estadísticos F de Wright para especies del género Abies en el Sur de México.
A. A. guatemalensis, 11 poblaciones
Locus F(IS) F(IT) F(ST)
SDH-1 .167 .333 .199 SDH-2 .519 .814 .613 IDH-2 -.158 -.032 .109 PGM-1 .018 .116 .099 PGM-2 -.197 .064 .218 GOT-1 .525 .629 .219 LAP-1 .707 .740 .112 GDH-1 1.000 1.000 .029 PGI-1 .441 .486 .079 PGI-2 .193 .264 .088 APX-3 .119 .196 .088 ___________________________________Promedio .193 .361 .208
Furnier y Eguiarte Abies de México 30
___________________________________
B. A. hickelii, 2 poblaciones.
Locus F(IS) F(IT) F(ST)
SDH-1 .543 .552 .020 IDH-2 -.034 -.031 .002 PGM-1 .860 .868 .056 GOT-1 .508 .512 .008 LAP-1 -.043 -.021 .021 GDH-1 1.000 1.000 .053 PGI-1 -.031 -.015 .015 PGI-2 -.034 -.017 .017 APX-3 .059 .082 .024 ___________________________________ Promedio .443 .456 .023 ___________________________________
C. A. religiosa, 11 poblaciones
Locus F(IS) F(IT) F(ST)
SDH-1 .102 .279 .197 SDH-2 .226 .351 .161 IDH-2 .203 .254 .065 PGM-1 .260 .321 .083 PGM-2 .186 .315 .158 GOT-1 .458 .612 .284 LAP-1 .071 .170 .106 GDH-1 .780 .798 .085 PEP-1 .652 .665 .039 PEP-2 -.014 -.001 .012 PEP-3 -.026 -.002 .023 PGI-1 .190 .331 .174 PGI-2 .806 .967 .831 APX-3 -.033 .133 .161 ___________________________________ Promedio .224 .412 .243 ___________________________________
D. A. religiosa var. emarginata, 5 poblaciones.
Locus F(IS) F(IT) F(ST)
SDH-1 -.191 -.033 .133 SDH-2 .052 .447 .416 IDH-2 -.236 -.113 .100 PGM-1 .100 .479 .422
Furnier y Eguiarte Abies de México 31
PGM-2 -.023 .049 .070 GOT-1 .185 .376 .233 LAP-1 1.000 1.000 .064 GDH-1 1.000 1.000 .020 PGI-1 .031 .077 .048 PGI-2 .270 .548 .381 APX-3 -.024 .211 .230 ___________________________________ Promedio .073 .333 .280 ___________________________________
Distancias, identidades genéticas y análsis fenéticos (UPGMA).
Para las poblaciones del Norte de México el promedio de las distancias (D)
genéticas de Nei (1972), para todos los pares de poblaciones, fue de 0.028. El valor
más alto corresponde a la distancia entre las poblaciones C36 y D40, que es de 0.134.
Entre tanto el valor mas pequeño correspondió a cero y lo presentaron todas las parejas
de entre cinco poblaciones (DC26, V28, V29, D34, D35).
En el Sur el promedio de las distancias genéticas fue de 0.040. La distancia más
alta corresponde a la distancia entre las poblaciones R21 y RE18 y es de 0.196, y la
distancia más baja se presenta entre G41 y G7 y entre R53 y H3 y es de cero.
Según los datos revisados por Crawford (1983) la D promedio para poblaciones
dentro de una especie es de 0.057 (DS 0.044), para comparaciones entre subespecies
o variedades es de D 0.095 (DS 0.103), mientras que para especies dentro de un
género es de 0.25(DS 0.177). Estos datos son principalmente para plantas de vida
corta, pero nos sugieren que, en promedio, tanto el conjunto de poblaciones del Norte
como las del Sur se comportan como poblaciones de una sola especies, y sólo las
distancias más grandes podrían corresponder a especies diferentes.
Los análisis fenéticos basados en datos isoenzimáticos, tanto para las
poblaciones del Norte como para las del Sur de México, son concordantes con los datos
de diferenciación genética (Figs. 1 y 2). No encontramos grupos de poblaciones que
representen de manera exclusiva una especie. Algunos grupos en los árboles fenéticos
tienen sentido basados en la taxonomía actual o la geografía, pero hay muchos casos
en los que no se detecta el patrón esperable.
Furnier y Eguiarte Abies de México 32
Distancia genética de Nei
.20 .17 .13 .10 .07 .03 .00 +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+
*** C23 * *** DC24 ** ***** V27 * *** * *** V28 * *** * *** V29 * ** * ** D35 ***** * * * ** DC25 * * ** * * * DC26 * * * * * * D34 ** * ** * ** V30 ** **** ** ** C37 ** ************ ******* D31 * **** * * ******* C33 * * ***** * **** C32 * * ******* * * **** D39 ********* * * * ******************** D40 * * * ************************ C36 * ******************************** L38
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+ .20 .17 .13 .10 .07 .03 .00
Figura 1.- Fenograma UPGMA basado en las distancias genéticas de Nei entre las
poblaciones de los Abies del Norte de México y el Sur de Arizona. C = A. concolor, D =
A. durangensis, DC = A. durangensis var. coahuilensis, L = A. lasiocarpa var. arizonica,
V = A. vejari.
Furnier y Eguiarte Abies de México 33
Distancia genética de Nei .10 .08 .07 .05 .03 .02 .00 +----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+ **** H1 **** * **** G52 * * * H3 * ** * *** R53 *** ** * * *** R45 * * * * * **** R13 * * ** * * **** G42 * ****** ***** * ** G51 * * * * * **** R48 * * * * ****** G2 * * * * * * * G7 * * * ** * **** ** G41 * * * * * **** G11 * * * * * *** ** G10 * * * **** G43 * ***** ***** R12 * * *** * * * * *** R15 * ******* *** * * * *** G44 ****************** * * * * * ******* RE17 * * * * * ************* R49 ******** * * * ***************** R54 * * * * ************* RE16 ******** ********************** * * ************* RE20 * * * * ********* RE14 * * ***** ************ ***************************** ********* RE19 * * * * * ************* RE18 * * * * *** R21 * ********************************************** * *** R22 * *********************************************************** R55
+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+----+ .10 .08 .07 .05 .03 .02 .00
Furnier y Eguiarte Abies de México 34
Figura 2.- Fenograma UPGMA basado en las distancias genéticas de Nei entre las
poblaciones de los Abies del Sur de México y de Guatemala. G = A. guatemalensis, H =
A. hickeli, R = A. religiosa, RE = A. religiosa var. emarginata.
Furnier y Eguiarte Abies de México 35
Análisis de flujo génico
Como mencionamos en Métodos, a partir de las Fst se puede calcular la Nm,
siguiendo las modificaciones a la fórmula de Wright (1951) utilizando la fórmula de Crow
y Aoki (1984). Aplicando dicha fórmula, obtuvimos las estimaciones que presentamos
en la Tabla 8. Para el Norte obtenemos un valor promedio de Nm de 1.15, mientras que
para el Sur obtenemos un valores de 3.13, o sea más del doble. Recordemos que, en
términos generales, valores de más de 1 indican que la diferenciación entre las
poblaciones no es elevada, y el papel de la deriva génica sería mínimo, subrayando el
posible papel del flujo génico entra poblaciones. Sin embargo, los valores son menores
para el Norte, sugiriendo menor flujo génico en el Norte que en el Sur (o mayor tiempo
de aislamiento genético).
A partir de la Nm, Slatkin y Barton (1989) señalan que se puede aproximar un
valor de tamaño efectivo (Ne) si las poblaciones siguen un patrón de migración del tipo
stepping stone, donde Neb=Nmx2x (ver también Eguiarte et al., 1993). Los tamaños
efectivos así estimados son muy bajos, si los comparamos con las poblaciones de miles
de individuos que encontramos en el campo. El valor promedio es de Neb 7.3 en el
Norte y de 19.7 en el Sur, indicando mayor flujo génico en el conjunto de poblaciones
del Sur de México.
Furnier y Eguiarte Abies de México 36
Tabla 8.- Estimaciones indirectas de flujo génico en Abies de México a partir de la Fst..
Nm fue estimada a partir de la fórmula de Crow y Aoki (1984), Neb con la fórmula
de Slatkin y Barton, (1989), ver Métodos.
A. Abies Norte
Fst Nm NebACP 0.219 0.795 4.99APX1 0.19 0.950 5.97APX2 0.143 1.336 8.39IDH1 0.05 4.23 26.62LAP1 0.759 0.07 0.44LAP2 0.101 1.984 12.47PGI1 0.185 0.982 6.17PGI2 0.14 1.369 8.60PGM2 0.274 0.59 3.71PEP1 0.18 1.015 6.38PEP2 0.339 0.434 2.73PEP3 0.274 0.59 3.71MNR 0.284 0.562 3.53SDH1 0.142 1.347 8.46media 0.234 1.162 7.3
B. Abies Sur Fst Nm Neb
SDH1 0.3 0.543 3.41SDH2 0.548 0.192 1.20ADH2 0.1 2.097 13.17PGM1 0.281 0.596 3.74PGM2 0.177 1.083 6.80GOT1 0.299 0.546 3.43LAP1 0.121 1.693 10.63GDH1 0.087 2.445 15.36PEP1 0.041 5.451 34.25PEP2 0.013 17.69 111.17PEP3 0.025 9.089 57.11PGI1 0.162 1.205 7.57PFI2 0.572 0.174 1.09APX3 0.182 1.047 6.58media 0.207 3.132 19.68
Por otra parte, nuestro conjunto de datos nos permitió utilizar el método de los
alelos privados de Slatkin (1985). En la Tabla 9.A mostramos los valores obtenidos pera
los 4 alelos privados encontrados en el Norte. La Nm estimada por este método es muy
Furnier y Eguiarte Abies de México 37
baja, de sólo 0.068. Al utilizar la frecuencia promedio en los alelos que se encuentran
en dos poblaciones, aunque supuestamente menos preciso, que el método para un
alelo, nos da un valor de Nm de 0.34 (ver Slatkin, 1981). Recordemos que la estimación
de Nm a partir de la Fst. fue de 1.162. Todos estos valores subrayan que en el Norte el
flujo génico entre poblaciones parece ser limitado.
Para el Sur también encontramos 4 alelos únicos (Tabla 9.B), y nos dan un valor
de Nm=4.55, valor muy parecido al que da el análisis de Fst (Nm=3.13).
Tabla 9.- Estimaciones indirectas de flujo génico, a partir del método de los alelos
privados (presentes en una sola población) de Slatkin (1985) (ver Métodos).
A. Alelos privados Abies Norte p(1) Nm0.0130.7690.2860.286
media 0.338 0.068
B. Alelos privados Abies Sur p(1) Nm0.020.0910.0450.033
media 0.04725 4.551
Furnier y Eguiarte Abies de México 38
DISCUSION
Los principales resultados de nuestros análisis indican varias características
notables de las poblaciones de Abies de México:
1) Los niveles de variación genética a nivel poblacional son bajos, de cerca de un tercio
de lo que generalmente se encuentra en coníferas y plantas de vida larga.
2) La mayor parte de los genes y los valores por población indican elevado exceso de
homócigos, que sugiere altos niveles de endogamia (autopolinización y/o cruza
entre parientes).
3) La diferenciación entre poblaciones es muy alta, de cerca de un orden de magnitud
mayor de lo que se encuentra en otras coníferas y plantas de vida larga.
4) Los niveles de diferenciación genética y las reconstrucciones filogenéticas no se
parecen a la taxonomía aceptada del grupo.
Es interesante notar que estos cuatro patrones se detectaron tanto para las
poblaciones de Abies del Norte como las del Sur de México.
A continuación discutiremos con mas cuidado cada uno de estos puntos.
Niveles de variación genética
Los patrones de variación genética en todas las poblaciones de los Abies de
México son bajos, estimados con cualquiera de los tres índices de variación genética
que empleamos (He, P y A). Vamos a concentramos en esta discusión en la He, que
como ya mencionamos en la Introducción generalmente se le considera el mejor
estimador de la variación genética (ver Eguiarte, 1990). Los patrones son
especialmente notables si se le compara con los reportados para árboles, y en
particular en coníferas, donde la He promedio es de alrededor de 0.17 (Eguiarte y
Piñero, 1990). Algunas poblaciones, de Abies de México, como la R12 tienen niveles
realmente muy bajos, con una He de 0.009, aunque en promedio es de 0.094 en el Sur
y de 0.099 en el Norte. Por otra parte, aunque estos niveles son bajos, existen especies
con niveles mucho menores (ver Eguiarte y Piñero, 1990). De hecho, en Pinus
torreyana, Ledig y Conkle (1983) no encontraron variación genética en 53 loci. Ninguna
de las poblaciones de Abies tiene tan bajos niveles de variación genética. En otras
especies mexicanas, la mayor parte de los árboles y plantas de vida larga tienen altos
valores de variación genética. Por ejemplo, en la región de los Tuxtlas, en Astocaryum
mexicanum, Eguiarte (1990) encontró una He, de 0.153, mientras que para Psychotria
faxlucens, Pérez-Nasser et al. (1993) encontraron un valor de He de 0.23 y Garay
Furnier y Eguiarte Abies de México 39
(1991) en Cecropia obtusifolia reporta una He =0.0538. En trabajos no publicados,
Martínez-Palacios et al. (mans.) encontró una He en Agave victoria -reginae de 0.335, y
Nuñez et al. (1996) en Rhizophora mangle en el Atlántico de 0.146 y en el Pacífico de
0.181. Para otras coníferas en México no existen muchos estudios, pero Delgado
(1997) reporta una He de 0.219 en la especie endémica en peligro de extinción Pinus
rzedowskii. Así, podemos señalar que los Abies de México tiene niveles de variación
más bajos que casi todas las especies Mexicanas de vida larga estudiadas, con la
excepción de Cecropia obtusifolia. Sin embargo, algunas hierbas mexicanas tienen
niveles muy bajos de variación genética, por ejemplo, en el frijol común, P. vulgaris,
Escalante et al. (1994) encontraron una He = 0.041 en 7 loci, mientras que para la
hierba Lacandonia schismatica en 8 loci, Coello et al. (1993) no encontraron nada de
variación genética (He=0). Nuñez-Farfán (1991), en 12 loci tampoco encontró variación
genética en poblaciones mexicanas de Datura stramonium. Para otros ejemplos de
plantas con niveles muy bajos de variación genética, ver Eguiarte y Piñero (1990).
Valores bajos de variación genética tienen que ser el resultado de pequeños
tamaños poblacionales (Hartl y Clark, 1989; Eguiarte y Piñero, 1990). Cuando las
poblaciones son pequeñas, se pierde variación por deriva génica (Eguiarte, 1990). El
problema es que las reducciones en los tamaños poblacionales pudieron acontecer en
el pasado relativamente lejano, fenómeno conocido como cuello de botella. En todas las
poblaciones actuales de Abies de México, aunque los tamaños son relativamente
pequeños, son de cientos o miles de individuos, demasiado grandes para que la deriva
génica pudiera tener efectos relevantes (Eguiarte, 1990). Una posibilidad es que las
poblaciones actuales de Abies en México se hayan recuperado de reducciones
drásticas de sus tamaños poblacionales hace no mucho tiempo. Se requiere que haya
ocurrido hace poco tiempo, ya que si pasa mucho tiempo, la mutación haría que las
poblaciones recuperaran su variación genética y que divergieran fuertemente (Hartl y
Clark, 1989). Es probable que estos cambios en los números poblacionales de Abies
tuvieran un origen muy reciente durante los cambios de altitud de sus poblaciones que
supuestamente sucedieron en las glaciaciones y sus periodos benignos recientes.
Un buen ejemplo de otro árbol con una variación genética baja es Schinus molle
(el pirú) en México (Aguirre, 1994). En este caso es muy claro que la variación genética
se redujo debido a efectos de cuello de botella recientes. S. molle es una especie
originaria de Perú, que fue supuestamente introducida a México a principios de la época
de la colonia y posteriormente a España. En Perú puede observarse una P = 38.9 % y
una He = 0.146, mientras que esta variación se reduce a aproximadamente a la mitad
en las poblaciones introducidas a México con una P = 16.67% (el promedio en Abies del
Furnier y Eguiarte Abies de México 40
Norte fue 29.9% y en el Sur de 27.18%) y una He de 0.066 (el promedio en Abies del
Norte fue 0.099 y en el Sur de 0.094). Para España esta reducción es aún más drástica,
siendo He = 0.013, lo que sugiere una segunda introducción y por lo tanto otro efecto de
cuello de botella y menores tamaños poblacionales (Ne). Así, los bajos niveles de
variación genética en Abies podrían deberse a reducciones relativamente recientes en
sus tamaños poblacionales similares a las experimentadas en S. molle.
Indices de fijación y Fis
En la mayor parte de los casos, tanto para las poblaciones del Norte como para
las del Sur, los índices de fijación para cada enzima en cada población son positivos.
Esto indica que en casi todas las poblaciones encontramos más homócigos de los
esperados si estuviéremos en equilibrio de Hardy-Weinberg.
En términos generales, índices de fijación positivos se deben a endogamia, y
ésta es muy rara en árboles (Eguiarte, 1990). La Fis estimada para 28 especies de
árboles fue de sólo 0.01 (Eguiarte, 1990). Por ejemplo, en la palma Astrocaryum
mexicanum, que es monoica como los Abies , todo los índices de fijación estimados
(27) fueron negativos, y la Fis promedio para los adultos fue de -0.45 y para las semillas
de -0.19 (Eguiarte et al., 1992).
Sin embargo, algunos árboles pueden presentar índices de fijación y Fis altos
(Eguiarte, 1990). Por ejemplo, en especies mexicanas, en el mangle rojo (Rhizophora
mangle), Nuñez-Farfán et al. (1996), encontraron una Fis promedio de 0.459. Esto se
debe, cuando menos en parte, a que en la especies la autopolinización es común. En el
árbol dioico Bursera cuneata, Del Valle (1996) estimó una Fis promedio de 0.251,
mientras que en Pinus rzedowskii Delgado (1997) presenta una Fis promedio de 0.41.
Sistemas reproductivos
La estimación indirecta de la t en equilibrio a partir de la F resulta muy baja en los
Abies de México (promedio t Norte = 0.533, t Sur= 0.75) , especialmente si se le
compara con la t promedio para coníferas (rango 0.89 a 0.98, ver Introducción y
Eguiarte, 1990). Son pocas las especies con valores de t tan bajos (e.g., algunas
poblaciones de Eucalyptus regnans, Eguiarte, 1990). Sin embargo, debemos recordar
que estas son estimaciones indirectas de la t, por lo que consideramos fundamental que
se realicen estudios para estimar si esta endogamia se debe a autopolinización o a
Furnier y Eguiarte Abies de México 41
cruza entre parientes, lo mismo que la estructura genética especial fina de las
poblaciones.
Diferenciación genética y estimación indirecta de flujo génico
Los resultados de diferenciación interpoblacional (valores de Fst y valores de D)
son relativamente altos (Norte Fst = 0.205, Sur Fst = 0.288) y sugieren que el flujo
génico entre poblaciones es bastante bajo. Probablemente las distancias entre
poblaciones son lo suficientemente grandes para que no exista flujo de polen entre ellas
y ésto las ha mantenido separadas.
Estos resultados son notables en coníferas, ya que como mencionamos en la
Introducción, generalmente las coníferas, y en particular Abies , presentan altas tasas
de polinización cruzada (outcrossing rates cercanos a 1), que generan poca endogamia
y elevado flujo génico, disminuyendo tanto la Fis como la Fst . Por ejemplo, Eguiarte
(1990) reporta un promedio de Fis de -0.008 en 4 estudios dentro del género. De hecho,
índices de fijación y Fis tan altos sólo se han encontrado para Pinus rzedowskii
(Delgado, 1997), y no habían sido reportados en la literatura de coníferas (Eguiarte,
1990).
Con respecto a la Fst , esta es también muy alta si la comparamos con la mayoría
de los estudios realizados en coníferas. Por ejemplo, para Abies balsamea, Guries y
Ledig (1981) señalan valores de 0.012, y en 121 estudios de gimnospermas, Hamrick et
al. (1992) encuentran un valor promedio de 0.073. O sea que los valores encontrado
entre las poblaciones de Abies en México son un orden de magnitud mayores que los
que generalmente se encuentran en especies similares. Este patrón podría deberse a
que la mayor parte de las coníferas estudiadas tienen distribuciones más continuas que
las de los Abies mexicanos, y a que muchas poblaciones de Abies en zonas boreales
no han estado en sus lugares actuales por mucho tiempo, debido a la glaciación
continental, por lo que no han llegado a su equilibrio deriva-flujo génico. Esta idea la
apoya otra conífera mexicana, en la conífera endémica Pinus rzedowskii, Delgado
(1997) encontró, a una escala mucho más local, una Fst alta (= 0.173). Valores
relativamente altos también han sido encontrados en otras plantas de vida larga
mexicanas, como Bursera cuneata , donde Del Valle (1996) encontró un Fst de 0.119, y
en Agave vicotria-reginae en la que Martínez-Palacios et al. (mans.) estimaron una Fst
de 0.240, mientras que en Rhizophora mangle Nuñez-Farfán et al. (1996) calcularon
una Fst de 0.225 considerando ambas costas de México. Sin embargo, en otras
especies, como en Cecropia obtusifolia Alvarez-Buylla y Garay (1994) encuentran una
Furnier y Eguiarte Abies de México 42
Fst de solamente 0.029, o en Astrocaryum mexicanum, donde Eguiarte et al. (1992)
obtuvieron una Fst de 0.0425 en los adultos y de 0.0085 en las semillas, aunque
debemos señalar que ambos trabajos se realizaron exclusivamente en la región de Los
Tuxtlas, Veracruz (o sea a una escala relativamente local). En un trabajo no publicado,
Eguiarte et al. (mans.) encontraron en la Agavaceae Manfreda brachystachya una Fst
de 0.034 en sus poblaciones en el centro de México. Esto indica que de las plantas
mexicana sólo especies en ciertos tipos de vegetación y/o con ciertas historias de vida,
presentan patrones de estructura genética que indican altos niveles de diferenciación
genética intraespecífica.
Los valores de Fst altos también sugieren la importancia de la deriva génica, lo
que también explicaría los niveles relativamente bajos de variación genética (Eguiarte,
1990). Sin embargo, en la mayoría de las poblaciones muestreadas, los tamaños
poblacionales no parecen tan pequeños como para que la deriva génica sea una fuerza
importante, pero no podemos saber si anteriormente estas poblaciones fueron más
pequeñas. Las estimaciones indirectas de flujo génico subrayan estas ideas. La
estimación de la Nm a partir de la Fst nos dió para el Norte un valor de 1.162, y para el
Sur de 3.132, indicando menor flujo génico en las poblaciones del Norte. Los valores
son similares a los estimados en Rhizophora mangle (Nuñez-Farfán et al. 1996), que
son, para la costa del Pacífico Nm = 3.14, y para el Atlántico de 0.55. Estos valores son
relativamente bajos si se les compara con valores obtenidos para A. mexicanum de Nm
= 24.16 en sus semillas y 4.43 en los adultos (Eguiarte et al., 1993), o de Nm =7.73 en
Manfreda brachystachya (Eguiarte et al., mans.).
Las estimaciones con de flujo génico a partir de la Fst y las estimación del mismo
a partir del método de los alelos privados (únicos) de Slatkin (1985) son congruentes,
indicando poco flujo génico entre las poblaciones de Abies en México en general, en
contraste a lo estimado en la mayor parte de las coníferas estudiadas hasta la fecha
(Eguiarte, 1990). Nuestro análisis también indica mayor flujo génico entre las
poblaciones del Sur de México que entre las del Norte. Medidas congruentes entre
estimaciones indirectas de flujo génico obtenidas a partir de la Fst y por el método de los
alelos privados han sido recientemente obtenidas por Del Valle (1996) para Bursera
cuneata y por Nuñez-Farfán et al. (1996) para Rhizophora mangle.
En un análisis paralelo en Abies utilizando terpenos, para las poblaciones del
Norte de México, Nava (1996) encontró patrones análogos. Los resultados de su
análisis de la variación química de las resinas en las hojas de los Abies del Norte del
país muestran que el 41% de la variación ocurre entre poblaciones, de la cual sólo 2%
se debe a diferencias entre especies. El resto de la divergencia se debe a diferencias
Furnier y Eguiarte Abies de México 43
entre poblaciones. La diferencia entre los niveles de diferenciación isoenzimática y
química podrían deberse a una mayor acción de selección sobre las resinas, ya que son
compuestos importantes en la defensa de la planta contra depredadores.
Distancias genéticas, fenogramas y sistemática del grupo
Las distancias genéticas máxima (D Norte = 0.134, D Sur= 0.196) y las D
promedio entre pares de poblaciones (D Norte = 0.028, D Sur = 0.04), sugieren, a partir
de la revisión de Crawford (1983) que mencionamos en los Resultados, que en términos
generales, tanto en el Sur como en el Norte tenemos básicamente una especie, con
unas cuantas poblaciones tal vez pertenecientes a otras especies. Estos umbrales han
sido estimados principalmente para plantas herbáceas, y no sabemos qué tan bien
podrían se utilizados en coníferas, pero creemos que nos pueden dar elementos para
iniciar una discusión del problema. También debemos recordar que este análisis es
independientemente del grado de diferenciación morfológica y/o presencia de barreras
al flujo génico e hibridización, parámetros que indudablemente se necesitarán estudiar
para definir finalmente a las especies de Abies en México, y entender a sus proceso de
divergencia y especiación.
Si funciona el mismo reloj molecular calibrado por Nei (1987) con otros estudios
de isoenzimas, podemos estimar el tiempo promedio de divergencia entre las
poblaciones con la fórmula t= 5 x 106D . Según ésta fórmula, para el Norte de México la
divergencia promedio entre las poblaciones Abies fue hace unos 140 mil años, y la
máxima fue hace 670 mil años, mientras que para el Sur la divergencia promedio fue
hace 200 mil años, y la máxima fue hace unos 980 mil años. Estas estimaciones deben
de ser tomadas con mucho cuidado, y en este momento entendidas simplemente como
una comparación en tiempos relativos, ya que no sabemos la tasa de evolución de las
isoenzimas en los Abies de México, y eventos de flujo génico, aunque fueran raros,
harían que estas estimaciones fueran mucho menores del tiempo de divergencia real
(Nei, 1987; Hartl y Clark, 1989).
En las figuras 1 y 2 se observa que los resultados obtenidos en nuestros análisis
a partir de las frecuencias alélicas de las isoenzimas no están de acuerdo con la
taxonomía que se propone actualmente. No se observan grupos que contengan
totalmente a ninguna de las especies tradicionalmente reconocidas (ver Introducción).
Esta falta de congruencia entre la taxonomía utilizada actualmente y nuestros datos
isoenzimáticos puede explicarse de varias maneras. Una posible explicación para esta
Furnier y Eguiarte Abies de México 44
falta de concordancia, es que la taxonomía fue hecha de muestras bastante pequeñas,
a diferencia de las muestras grandes que tenemos en nuestro estudio.
También es posible que el flujo génico entre especies ha borrado estas
diferencias hace relativamente poco tiempo. Aunque las distancias actuales entre las
poblaciones son bastante grandes, y hace muy difícil que haya flujo de polen o semillas
entre la mayoría de las poblaciones. Existe evidencia de que la vegetación del Norte de
México estuvo de 1000 a 1300 metros por abajo de su posición actual durante la última
glaciación, y por lo tanto los Abies han migrado con los cambios del clima. Es posible
que en esa época hubo un mayor contacto entre las poblaciones de las diferentes
especies y que no ha pasado suficiente tiempo para que las especies se separen
genéticamente. El problema con esta explicación es que el nivel de diferenciación
interpoblacional es bastante alto, como demuestran las estimación de Fst, Nm y de D ,
sugiriendo que las poblaciones han estado separadas por mucho tiempo.
Otra posibilidad es que la deriva génica haya cambiado las frecuencias alélicas
de las poblaciones en una manera aleatoria, borrando las diferencias entre las
especies. Las poblaciones están muy diferenciadas entre sí en los loci isoenzimáticos,
que generalmente son considerados casi neutrales con respecto a la selección natural,
y los niveles de variación dentro de las poblaciones son relativamente bajos.
Esperaríamos estos resultados si la deriva fuera una fuerza importante en la evolución
de los Abies mexicanos. Los tamaños de casi todas las poblaciones actuales parecen
suficientemente grandes para que la deriva no esté actuando fuertemente, pero no
sabemos sus tamaños históricos, los cuales pudieron haber sido más pequeños en el
pasado. Sin embargo, hay un problema con la hipótesis de deriva. Los datos químicos
del norte del país demuestran el mismo patrón. La composición química de las resinas
es un caracter que está considerado más influenciado por selección natural, una fuerza
evolutiva que debe contrarrestar la acción de deriva.
De esta manera consideramos que un hallazgo importante es que nuestros
resultados genéticos no concuerdan con la taxonomía aceptada actualmente. Los Abies
del norte de México podrían representar una sola especie, que como incluye A.
concolor, tendría una distribución desde Jalisco y Nuevo León hasta Oregon en EUA.
Las poblaciones del Sur podrían representar una sola especie, con una distribución
desde Guatemala hasta Jalisco y San Luis Potosí. Sin embargo, los niveles de
diferenciación isoenzimática entre poblaciones son bastante altos en ambos grupos.
Esto sugiere una alternativa. Esta diferenciación genética se puede deber a su
aislamiento geográfico, de tal manera que casi cada población se comporta como una
unidad evolutiva independiente y aislada de las demás, en otras palabras, como una
Furnier y Eguiarte Abies de México 45
especie. No podemos distinguir entre las dos hipótesis (dos especies vs. muchas
especies), con los datos genéticos y morfológicos que tenemos actualmente.
Tendremos que hacer estudios de entrecruzamiento entre las poblaciones y de la
fenología de reproducción para saber puede ocurrir flujo génico entre las poblaciones, lo
mismo que estudios detallados con otros marcadores genéticos y de la divergencia
morfológica con una perspectiva estadística y/o cladista.
Por otra parte, independientemente de las causas de los patrones de
diferenciación a diferentes niveles y de su interpretación evolutiva y taxonómica, los
niveles altos de diferenciación sugieren que debemos tratar de conservar todas o la
mayor parte de las poblaciones de Abies actuales, porque casi cada una representa un
recurso genético único en términos de su variación genética (frecuencias alélicas). A
partir de nuestros datos se podrán proponer las poblaciones más interesantes o
relevantes de conservar, desde un punto de vista genético, pero queremos realizar
estudios más detallados sobre los datos que ya tenemos antes de atrevernos a
proponer estas poblaciones.
Perspectivas y recomendaciones
1) Indudablemente, una prioridad debe de ser la de reevaluar la sistemática y
taxonomía de todo el grupo de los Abies de México. Para esto se necesita que
especialistas en la taxonomía del grupo llevan a cabo estudios morfológicos y
estadísticos con caracteres tanto macro, como microscópicos, químicos y
genéticos.
2) La diferenciación genética entre la mayor parte de las poblaciones indica que se
deben de tratar de conservar, independientemente de que se les llame
poblaciones, variedades, subespecies o especies, a la mayor parte de la
poblaciones de los Abies mexicanos, ya que son muy diferentes entre sí, en otras
palabras, tiene diferentes alelos y/o frecuencias alélicas muy diferentes.
3) Se van a necesitar estudios con otros marcadores para definir mejor las filogenia de
las especies, y sus patrones de flujo génico, tanto a partir de secuencias
nucleares como con genes de cloroplasto y mitocondria.
4) Estudios genéticos detallados para las poblaciones son indispensables, tanto para
estimar directamente la tasa de polinización cruzada, t, como para estimar en el
espacio el grado de parentesco entre los individuos de las poblaciones, para
poder definir si los altos grado de exceso de homócigos se deben a
autopolinzación y/o a cruzas entre parientes.
Furnier y Eguiarte Abies de México 46
5) Todos los datos deberán ser interpretados con buenos datos de cambios en los
climas y orografía de México en el pasado, junto con cambios en la vegetación,
para entender los procesos de diferenciación y flujo génico, así como de
especiación.
AGRADECIMIENTOS
Una cantidad muy grande de personas han colaborado y ayudado en las
diferentes fases de este proyecto. Estas personas nos han ayudado tanto en el campo
como en el laboratorio. Dado el gran número de poblaciones estudiadas a lo largo de
todo México, el trabajo de localizar las poblaciones, conseguir permisos, colectar y
transportar las muestras fue muy pesado e involucró a muchísimas gentes. Por otro
lado, el trabajo de procesar, almacenar y analizar todos estas muestras en el laboratorio
también ha involucrado a muchas personas. La lista es demasiado grande para incluirla
aquí, pero queremos expresarles a todas estas personas nuestro profundo
agradecimiento. Sin ellas no hubiera sido posible terminar este trabajo y los que
esperamos posteriormente presentar. Por último, queremos agradecer a las personas
que revisaron todo este reporte: los doctores Jordan Golubov, Valeria Souza y Juan
Nuñez Farfán.
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